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新型锑基材料可饱和吸收镜 在光纤激光器中的应用研究 ——“ 通信原理”系列讲座

新型锑基材料可饱和吸收镜 在光纤激光器中的应用研究 ——“ 通信原理”系列讲座. 孙晓岚 上海大学 通信与信息工程学院 2009.6. 研究领域. 纳米光学. 半导体 量子阱. 集成 光电子学. 新型光电子器件、光纤器件. 半导体量子阱. 1. 结合半导体材料与纳米光学的前沿热点 2. 研究集成光电子学和新型光电子、光纤器件领域具有 普遍意义的基本科学问题 3. 发展具有自主知识产权的新兴科技. 研究基础 -1. 研究 GaAsSb 多层量子阱的光学性质，发展出一系列不同 As 含量 的材料。

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新型锑基材料可饱和吸收镜 在光纤激光器中的应用研究 ——“ 通信原理”系列讲座

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  1. 新型锑基材料可饱和吸收镜在光纤激光器中的应用研究——“通信原理”系列讲座 孙晓岚 上海大学 通信与信息工程学院 2009.6

  2. 研究领域 纳米光学 半导体 量子阱 集成 光电子学 新型光电子器件、光纤器件 半导体量子阱 1. 结合半导体材料与纳米光学的前沿热点 2. 研究集成光电子学和新型光电子、光纤器件领域具有 普遍意义的基本科学问题 3. 发展具有自主知识产权的新兴科技

  3. 研究基础-1 • 研究GaAsSb多层量子阱的光学性质，发展出一系列不同As含量 • 的材料。 • (1)该系列材料在室温下能够被激发出波长在1.5微米附近的激 • 光，并且与高质量的AlGaSb/AlSb布拉格反射镜单片集成， • 应用于垂直腔面发射激光器（VCSELs）； • (2)实验表明，随着As含量的增加，光致荧光强度明显增强，显 • 示出该系列材料在光子器件方面有着广阔的应用前景； • (3)此外，细微调节As的含量和势阱宽度，能够实现在1480-1540 • nm波段具有高辐射效率的材料。 • 这一研究成果发表在Applied Physics Letters。 • “Enhanced photoluminescence of GaAsSb QWs”, Alan R. Kost*, • Xiaolan Sun, Nasser Peyghambarian, Nayer Eradat, Espen Selvig, • Bjorn-Ove Fimland, and David H. Chow, Applied Physics Letters, 85, • 5631 (2004). (影响引子3.98)

  4. GaAsSb/AlSb Quantum Wells 31% As Sb1704 Sb1707 18.8% As PL Intensity (a.u.) 0.00 Sb1720 15.1% As 9.1% As Sb1682 0% As Sb1690 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 m Wavelength ( m)

  5. 研究基础-2 • 深入探索GaAsSb多层量子阱在光子集成领域的应用。由离子注入 • 产生的量子混杂的半导体禁带宽度修饰是实现光子集成的有效方 • 式。利用量子阱混杂来空间选择性的控制多层量子阱的光学性 • 质。 • (1)实现最大可至198纳米的禁带蓝移，这在文章发表当时是已知 • 世界范围内最大的禁带蓝移； • (2)一般来说，注入离子的样品的光致命荧光强度随着退火温度的 • 升高而增强； • (3)禁带蓝移是由III族和V族元素相互扩散共同导致的。 • 这一研究结果发表在Applied Physics Letters。 • “Large blue shift of the band gap of GaAsSb/AlSb multiple quantum • wells (MQWs) with ion implantation”, Xiaolan Sun, Nasser • Peyghambarian, Alan R. Kost* and Nayer Eradat, Applied Physics • Letters, 86, 3665 (2005). (影响引子3.98)

  6. 研究基础-3 • GaAsSb多层量子阱的亚皮秒量级的自旋弛豫时间使得该 • 材料成为全光开关器件的理想材料。该材料有可能实现中 • 心波长在1.5 m的、开关速度小于250fs的全光偏振开关。 • 提出把GaAsSb多层量子阱应用到半导体光学放大器的构 • 想。 • 完成了应用在半导体光学放大器中的四波混频的数值模拟 • 计算，完成了线偏光和圆偏光的实验，并且得到了与理论 • 计算一致的实验数据。 • 这一研究成果的相关论文正在撰写中。

  7. MCVD沉积疏松体 ALD半导体原子层沉积 基管塌缩实现均匀掺杂 研究基础-4 • 进入上海大学后，主要从事纳米半导体掺杂光纤制备关键 • 技术及放大特性研究。 • 基于原子层沉积技术（ALD） • 以纳米半导体作为掺杂源 • 研究不同基质材料光纤中纳米半导体的形成机理、光辐射特性及制备关键技术，实现纳米掺杂 • 重点解决现有放大光纤技术中存在的放大光谱带宽窄、掺杂不均匀以及掺杂浓度低等问题。

  8. 发表论文 • 1．“Large blue shift of the band gap of GaAsSb/AlSb multiple quantum wells (MQWs) with ion implantation”, Xiaolan Sun, Nasser Peyghambarian, Alan R. Kost* and Nayer Eradat, Applied Physics Letters, 86, 3665 (2005). (影响引子3.98) • 2．“Enhanced photoluminescence of GaAsSb QWs”, Alan R. Kost*, Xiaolan Sun, Nasser Peyghambarian, Nayer Eradat, Espen Selvig, Bjorn-Ove Fimland, and David H. Chow, Applied Physics Letters, 85, 5631 (2004). (影响引子3.98) • 3．“Large blue shifts in band gaps of antimonide-based multiple quantum-wells based on ion implantation”, Xiaolan Sun, Nayer Eradat, Chia Hung Chen, Alan R. Kost, Annual Conference of Optical Society of America; Frontiers in Optics, Tucson, Arizona(2003). • 4. “GaAsSb quantum wells for optoelectronics and integrated optics”, Alan R. Kost, Nayer Eradat, Xiaolan Sun, Espen Selvig, Bjorn-Ove Fimland, Annual Conference of Optical Society of America; Frontiers in Optics, Tucson, Arizona(2003).

  9. Coupler EDFA Polarization Controller Circulator 基于SESAM的被动锁模光纤环形激光器的结构示意图 SESAM “通信原理”系列讲座 • 新型锑基材料可饱和吸收镜 • 在光纤激光器中的应用研究

  10. 0.5 Substrate GaAs InP 1.0 In0.61Ga0.39As0.84P0.16 1.5 In0.53Ga0.47As BAND GAP WAVELENGTH (MICRONS) 2.0 InGaAs 2.5 3.0 InAs 3.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 LATTICE CONSTANT IN ANGSTROMS 应用于1.5微米器件的常规 InGaAsP 半导体材料 In1-x GaxAsyP1-y 禁带宽度在1.5 m 当x  0.39并且 y  0.84 具有与 InP相同的晶格常数，当 x = 0.1894y/(0.4184-0.013y)

  11. AlGaSb nhigh AlSb nlow Bragg Mirror AlGaSbnhigh AlSb nlow AlGaSbnhigh AlSb nlow GaSb Substrate GaSb基底上的布拉格反射镜 优势 nhigh - nlow ~ 0.8 (相对较高) 挑战 找到具备同时生长条件的 1.5 m 半导体材料

  12. 0.5 AlSb GaAs 1.0 AlGaSb 1.5 GaAsSb GaSb BAND GAP WAVELENGTH (MICRONS) 2.0 Substrate 2.5 3.0 3.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 LATTICE CONSTANT IN ANGSTROMS 应用于1.5微米器件的GaSb材料 可选择的半导体材料 AlGaSb (近间接禁带) GaSb 量子阱 (间接禁带) GaAsSb 量子阱

  13. 研究方案 SESAM的设计及材料的生长制备 构建基于新 型锑基材料 SESAM被动锁模的普通单模光纤激光器 实验室系统 脉冲激光的表征 构建高掺铒及高掺镱光纤激光器实验室系统 进行SESAM镀增透膜试验

  14. 特色与创新 • （1）提出用高折射率比、热导性好的新型锑基材料挑战InP为基底的常规材料，制备SESAM，并且该锑基材料的工作波长在1.54 m附近。 • （2）SESAM可在GaSb基底上单晶片生长，通过单次分子外延生长实现，材料生长制备简便易行。 • （3）DBRMs材料对数仅为6或10对，突破了常规材料20对、甚至30对以上才能实现所需要的反射率，大大降低了材料生长的难度，提高了器件的性能。

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